JP2010139264A - Semiconductor sensor and method for manufacturing semiconductor sensor - Google Patents

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正浩 杉浦
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To readily regulate a strength or a flexibility of a flexible part without changing a thickness of a semiconductor sensor having a structure in which the flexible part coupled to a weight part is deformed in association with movement of the weight part. <P>SOLUTION: This semiconductor sensor 1 includes a thin portion 12 of which the part is formed in the flexible part F, a thick projected portion 11B that is projected from a main face 12d thereof so as to form the weight part M together with the thin portion 12, and a detection means 121 for detecting deformation or displacement of the flexible part F. A regulation layer 13 formed of a material having a kind different from those of the thin portion 12 and the thick projected portion 11B is formed on the main face 12d of the thin portion 12 adjacent to the projected portion 11B. The flexible part F is formed of the laminated thin portion 12 and regulation layer 13. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、加速度、傾斜、角速度等の物理量を検出する半導体センサ、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor sensor that detects physical quantities such as acceleration, tilt, and angular velocity, and a manufacturing method thereof.

近年、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて製造される加速度センサやジャイロセンサ等の半導体センサは、ビームやダイヤフラム等の可撓部を備えており、可撓部の変形や変位を電気信号に変換する半導体センサでは、可撓部に錘部を結合することによってその感度を高めている。
例えば特許文献1には、シリコン半導体基板によって形成された枠状の支持部及びその内側に配された錘部と、シリコン半導体基板の一部の層からなり支持部及び錘部の間に配された梁部(可撓部)とを備えた半導体センサが記載されている。この半導体センサにおいて、支持部及び錘部は、シリコン半導体基板を構成するシリコン窒化膜の一方の主面にシリコン酸化膜及び単結晶シリコン層を積層して構成されている。さらに、梁部の強度及び柔軟性を容易に調整できるように、梁部をなすシリコン窒化膜の他方の主面に樹脂膜を形成している。
特開2006−295149号公報
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor sensors such as an acceleration sensor and a gyro sensor manufactured using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology include a flexible part such as a beam or a diaphragm. In the semiconductor sensor that converts the sensor, the sensitivity is enhanced by coupling the weight part to the flexible part.
For example, in Patent Document 1, a frame-shaped support portion formed of a silicon semiconductor substrate and a weight portion disposed inside the frame-shaped support portion, and a portion of the silicon semiconductor substrate are disposed between the support portion and the weight portion. A semiconductor sensor having a beam portion (flexible portion) is described. In this semiconductor sensor, the support portion and the weight portion are configured by laminating a silicon oxide film and a single crystal silicon layer on one main surface of the silicon nitride film constituting the silicon semiconductor substrate. Further, a resin film is formed on the other main surface of the silicon nitride film forming the beam so that the strength and flexibility of the beam can be easily adjusted.
JP 2006-295149 A

しかしながら、特許文献1に記載の半導体センサでは、シリコン窒化膜の他方の主面に樹脂膜を追加しているため、半導体センサの厚みがシリコン半導体基板の厚さ寸法よりも大きくなり、近年要求の高まっている半導体センサの薄型化を阻害する虞がある。
また、梁部の強度や柔軟性は樹脂膜の厚みを変化することで調整されるが、結果として、半導体センサの特性が異なる毎に半導体センサの厚みが変化するため、半導体センサの各種電子機器への組み込みが面倒になる、という問題もある。
However, in the semiconductor sensor described in Patent Document 1, since the resin film is added to the other main surface of the silicon nitride film, the thickness of the semiconductor sensor becomes larger than the thickness dimension of the silicon semiconductor substrate. There is a risk of hindering the increasing thickness of semiconductor sensors.
In addition, the strength and flexibility of the beam are adjusted by changing the thickness of the resin film. As a result, the thickness of the semiconductor sensor changes each time the characteristics of the semiconductor sensor differ. There is also a problem that it is troublesome to incorporate it into.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、半導体センサの厚みを変えることなく、可撓部の強度や柔軟性を容易に調整できる半導体センサを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor sensor capable of easily adjusting the strength and flexibility of a flexible portion without changing the thickness of the semiconductor sensor.

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の半導体センサは、一部が可撓性を有する可撓部として構成される薄肉部と、前記薄肉部の主面から突出して前記薄肉部と共に錘部を構成する厚肉の凸部と、前記錘部の移動に伴う前記可撓部の変形又は変位を検出する検出手段とを備え、前記凸部に隣り合う前記薄肉部の主面に、前記薄肉部及び前記凸部と異なる種類の異種材料からなる調整層が形成され、積層された前記薄肉部及び前記調整層により前記可撓部が構成されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The semiconductor sensor according to the present invention includes a thin portion that is partly configured as a flexible portion, and a thick convex portion that protrudes from the main surface of the thin portion and forms a weight portion together with the thin portion. Detecting means for detecting deformation or displacement of the flexible part accompanying the movement of the weight part, and the main surface of the thin part adjacent to the convex part is of a type different from the thin part and the convex part. An adjustment layer made of a different material is formed, and the flexible portion is configured by the laminated thin portion and the adjustment layer.

この半導体センサによれば、錘部も構成する薄肉部の厚さを変えることなく、剛体調整層の厚さ寸法を変化させるだけで、可撓部の強度や柔軟性を容易に調整することができる。また、固有振動数やQ値(振動の状態を表す無次元数)等の可撓部の振動特性を簡単に所望の値に調整することができる。
さらに、可撓部をなす調整層は、錘部をなす凸部と共に薄肉部の同一の主面に形成されているため、調整層を追加しても半導体センサの厚みが増加することを防止して、半導体センサの薄型化を図ることができる。
また、調整層の厚みを変化させても、半導体センサの厚さ寸法の変化を防止できるため、半導体センサの各種電子機器への組み込みも容易に行うことができる。
According to this semiconductor sensor, the strength and flexibility of the flexible part can be easily adjusted by changing the thickness dimension of the rigid body adjustment layer without changing the thickness of the thin part that also constitutes the weight part. it can. In addition, the vibration characteristics of the flexible portion such as the natural frequency and the Q value (a dimensionless number representing the state of vibration) can be easily adjusted to a desired value.
Furthermore, since the adjustment layer forming the flexible portion is formed on the same main surface of the thin portion as the convex portion forming the weight portion, the thickness of the semiconductor sensor is prevented from increasing even if the adjustment layer is added. Thus, the semiconductor sensor can be thinned.
Moreover, even if the thickness of the adjustment layer is changed, the change in the thickness dimension of the semiconductor sensor can be prevented, so that the semiconductor sensor can be easily incorporated into various electronic devices.

なお、前記半導体センサにおいては、前記調整層が、相互に弾性係数の異なる複数の前記異種材料からなる複数の異種材料層によって構成されていてもよい。
この場合には、異種材料層の積層数や各異種材料層の厚さ寸法を変化させることで、可撓部の固有振動数やQ値を高い精度で調整することが可能となる。
In the semiconductor sensor, the adjustment layer may be composed of a plurality of different material layers made of a plurality of the different materials having mutually different elastic coefficients.
In this case, the natural frequency and Q value of the flexible portion can be adjusted with high accuracy by changing the number of layers of different material layers and the thickness of each different material layer.

そして、本発明の半導体センサの製造方法は、シリコンバルクの異方性エッチングにより、薄肉部の主面から突出する厚肉の凸部を形成して、前記薄肉部及びこれに積層された前記凸部により錘部を構成すると共に、前記凸部に隣り合う前記薄肉部により可撓性を有する可撓部の一部を構成するセンサ形成工程と、前記凸部に隣り合う前記薄肉部の主面に、前記シリコンバルクと異なる種類の異種材料を堆積してなる調整層を形成することで、前記薄肉部及びこれに積層された前記調整層により前記可撓部を構成する可撓部形成工程と、を備えることを特徴とする。
この製造方法を実施することで前記半導体センサを製造することができる。
Then, the semiconductor sensor manufacturing method of the present invention forms a thick convex portion protruding from the main surface of the thin portion by anisotropic etching of the silicon bulk, and the thin portion and the convex portion laminated on the thin portion. Forming a weight part and forming a part of the flexible part having flexibility by the thin part adjacent to the convex part, and a main surface of the thin part adjacent to the convex part Forming a flexible layer by forming an adjustment layer formed by depositing a different kind of material different from the silicon bulk, and forming the flexible portion by the thin-walled portion and the adjustment layer stacked thereon. It is characterized by providing.
By implementing this manufacturing method, the semiconductor sensor can be manufactured.

なお、前記半導体センサの製造方法においては、例えば可撓部形成工程後に前記調整層の厚さ寸法を変化させる調整工程を実施してもよい。また、前記調整工程は、ドライエッチング等により前記調整層の厚みを減少させる可撓部エッチング工程、及び、前記異種材料を追加して前記調整層の厚みを増加させる追加堆積工程のいずれか一方、あるいは両方を備えていてもよい。   In the semiconductor sensor manufacturing method, for example, an adjustment step of changing the thickness dimension of the adjustment layer may be performed after the flexible portion forming step. Further, the adjustment step is one of a flexible portion etching step for reducing the thickness of the adjustment layer by dry etching or the like, and an additional deposition step for increasing the thickness of the adjustment layer by adding the different material. Alternatively, both may be provided.

前記調整工程を実施することで、可撓部の振動特性をさらに高精度に調整することが可能となる。すなわち、可撓部形成工程を経た半導体センサに対して、可撓部の振動特性を測定する測定工程を実施する。この際、測定された可撓部の固有振動数やQ値が所望の値を示していない場合に、上述した調整工程を実施することで可撓部の固有振動数やQ値を所望の値に一致させたり近づけることができる。   By performing the adjustment step, the vibration characteristics of the flexible portion can be adjusted with higher accuracy. That is, a measurement process for measuring the vibration characteristics of the flexible part is performed on the semiconductor sensor that has undergone the flexible part forming process. At this time, when the measured natural frequency or Q value of the flexible part does not indicate a desired value, the above-described adjustment process is performed to obtain the desired natural frequency or Q value of the flexible part. Can be matched or brought close to.

本発明によれば、半導体センサの厚みを変えることなく、可撓部の強度や柔軟性を容易に調整することができる。   According to the present invention, the strength and flexibility of the flexible portion can be easily adjusted without changing the thickness of the semiconductor sensor.

以下、図1〜3を参照して本発明の一実施形態に係る半導体センサについて説明する。図1に示すように、この実施形態に係る半導体センサ1は、平面視環状に形成された支持部Sと、支持部Sの内側に間隔をあけて配された平面視略矩形の錘部Mと、可撓性を有して支持部Sと錘部Mとを一体に連結する複数の可撓部Fと、検出手段としてのピエゾ抵抗部121とを備えている。すなわち、この半導体センサ1は、慣性力に応じた可撓部Fの変形又は変位をピエゾ抵抗部121によって電気信号に変換することで加速度を検出する加速度センサとして構成されており、また、MEMS技術を用いてSOI(Silicon on Insulator)ウエハ(シリコンバルク)10によって製造されている。   Hereinafter, a semiconductor sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, a semiconductor sensor 1 according to this embodiment includes a support portion S formed in a ring shape in plan view, and a weight portion M having a substantially rectangular shape in plan view arranged at intervals inside the support portion S. And a plurality of flexible portions F that have flexibility and integrally connect the support portion S and the weight portion M, and a piezoresistive portion 121 as a detecting means. That is, the semiconductor sensor 1 is configured as an acceleration sensor that detects acceleration by converting deformation or displacement of the flexible portion F according to the inertial force into an electrical signal by the piezoresistive portion 121, and also MEMS technology. Is manufactured by an SOI (Silicon on Insulator) wafer (silicon bulk) 10.

支持部S及び錘部Mは、ベースウエハ11上に半導体層(SOI層)12を積層したSOIウエハ10によって構成されており、支持部S及び錘部Mの厚さ寸法は、SOIウエハ10の厚さ寸法に等しい。言い換えれば、支持部Sは、半導体層(薄肉部)12、及び、その下面(主面)12dの周縁から突出する平面視環状の枠体部11Aをなすベースウエハ11によって構成されている。また、錘部Mは、半導体層(薄肉部)12、及び、枠体部11Aの内側に間隔をあけるように半導体層12の下面12dの中央部分から突出する凸部11Bをなすベースウエハ11によって構成されている。
なお、ベースウエハ11は、単結晶シリコン層111上に二酸化シリコン(SiO)からなる酸化層112を積層して構成され、半導体層12は酸化層112上に積層されている。また、酸化層112は、単結晶シリコン(Si)からなるベースウエハ11の熱酸化された表層である。
The support portion S and the weight portion M are configured by an SOI wafer 10 in which a semiconductor layer (SOI layer) 12 is stacked on the base wafer 11. The thickness dimensions of the support portion S and the weight portion M are the same as those of the SOI wafer 10. Equal to thickness dimension. In other words, the support portion S is configured by the semiconductor layer (thin portion) 12 and the base wafer 11 that forms an annular frame portion 11A that protrudes from the periphery of the lower surface (main surface) 12d thereof. Further, the weight portion M is formed by the base layer 11 that forms a convex portion 11B that protrudes from the central portion of the lower surface 12d of the semiconductor layer 12 so as to be spaced from the inside of the semiconductor layer (thin portion) 12 and the frame portion 11A. It is configured.
The base wafer 11 is configured by stacking an oxide layer 112 made of silicon dioxide (SiO 2 ) on a single crystal silicon layer 111, and the semiconductor layer 12 is stacked on the oxide layer 112. The oxide layer 112 is a thermally oxidized surface layer of the base wafer 11 made of single crystal silicon (Si).

可撓部Fは、SOIウエハ10の半導体層12の一部、及び、半導体層12の下面12dに積層された調整層13によって構成されている。調整層13は、樹脂材料からなり、枠体部11A及び凸部11Bの間に位置する半導体層12の下面12dに形成されている。調整層13の厚さ寸法はベースウエハ11の厚さ寸法よりも小さく設定され、調整層13の先端面13dがベースウエハ11の下面11dから窪んだ位置に配されている。この調整層13を構成する樹脂材料としては、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、あるいは、感光性樹脂などが挙げられる。   The flexible portion F is configured by a part of the semiconductor layer 12 of the SOI wafer 10 and the adjustment layer 13 stacked on the lower surface 12 d of the semiconductor layer 12. The adjustment layer 13 is made of a resin material, and is formed on the lower surface 12d of the semiconductor layer 12 located between the frame body portion 11A and the convex portion 11B. The thickness dimension of the adjustment layer 13 is set to be smaller than the thickness dimension of the base wafer 11, and the front end surface 13 d of the adjustment layer 13 is disposed at a position recessed from the lower surface 11 d of the base wafer 11. Examples of the resin material constituting the adjustment layer 13 include an epoxy resin, a polyimide resin, an acrylic resin, a silicone resin, or a photosensitive resin.

この可撓部Fは、支持部Sに対する錘部Mの移動に伴って変形すれば、例えば支持部Sの内縁全体に連結されるダイヤフラム状に形成されていてもよいし、支持部Sの周方向に複数に分割して形成されていてもよい。また、可撓部Fは、例えば支持部Sと錘部Mとの間に1つだけ形成される片持ち梁状に形成されてもよい。
ピエゾ抵抗部121は、可撓部Fをなす半導体層12の上面12c側に複数形成されており、半導体層12上にはピエゾ抵抗部121の図示しない配線等が形成されている。
If the flexible portion F is deformed with the movement of the weight portion M with respect to the support portion S, for example, the flexible portion F may be formed in a diaphragm shape connected to the entire inner edge of the support portion S. It may be divided into a plurality of directions. Moreover, the flexible part F may be formed in the cantilever shape formed only between the support part S and the weight part M, for example.
A plurality of piezoresistive portions 121 are formed on the upper surface 12 c side of the semiconductor layer 12 that forms the flexible portion F, and wirings or the like (not shown) of the piezoresistive portions 121 are formed on the semiconductor layer 12.

上記構成の半導体センサ1を製造する場合には、はじめに、SOIウエハ10の半導体層12に不純物を注入してピエゾ抵抗部121を形成する工程や、半導体層12を可撓部Fの平面視形状に合わせてエッチングする工程や、半導体層12上にピエゾ抵抗部121の配線を形成する工程を実施しておく。これらの工程は、特開平8−274349号公報等に開示されているように公知であるため、その説明を省略する。   In the case of manufacturing the semiconductor sensor 1 having the above-described configuration, first, a process of forming impurities by injecting impurities into the semiconductor layer 12 of the SOI wafer 10 to form the piezoresistive portion 121, or the semiconductor layer 12 in the shape of the flexible portion F in plan view. A process of etching in accordance with the above and a process of forming wiring of the piezoresistive portion 121 on the semiconductor layer 12 are performed. Since these steps are known as disclosed in JP-A-8-274349, etc., the description thereof is omitted.

次に、ベースウエハ11をDeep−RIE等により異方性エッチングすることで、図2に示すように、ベースウエハ11を枠体部11Aと凸部11Bとに区画する環状の区画凹部H1を形成するセンサ形成工程を実施する。これにより、半導体層12及びこれに積層された平面視環状の枠体部11Aによって支持部Sが構成され、半導体層12及びこれに積層された凸部11Bによって錘部Mが構成される。また、区画凹部H1の深さ寸法はベースウエハ11の厚さ寸法と同等に設定されているため、枠体部11A及び凸部11Bの間に位置する半導体層12の下面12dが露出する。この下面12dが露出した半導体層12の部分は可撓部Fの一部を構成している。   Next, the base wafer 11 is anisotropically etched by Deep-RIE or the like, thereby forming an annular partition recess H1 that partitions the base wafer 11 into a frame body portion 11A and a protrusion portion 11B as shown in FIG. A sensor forming step is performed. Accordingly, the support portion S is configured by the semiconductor layer 12 and the frame body portion 11A having a ring shape when viewed from above, and the weight portion M is configured by the semiconductor layer 12 and the convex portion 11B stacked thereon. Further, since the depth dimension of the partitioning recess H1 is set to be equal to the thickness dimension of the base wafer 11, the lower surface 12d of the semiconductor layer 12 located between the frame body part 11A and the convex part 11B is exposed. The portion of the semiconductor layer 12 where the lower surface 12d is exposed constitutes a part of the flexible portion F.

そして、図3に示すように、区画凹部H1をなす半導体層12の下面12dに樹脂材料を堆積して、樹脂材料14からなる調整層13を形成する可撓部形成工程を実施する。
この工程においては、はじめに、ベースウエハ11の下面11d側から樹脂材料14を塗布して区画凹部H1に入り込ませる。樹脂材料14の具体的な塗布方法としては、例えばスピンコート法、ディップコート法、スプレーによる塗布等のようにベースウエハ11の下面11d及び半導体層12の下面12d全体にわたって樹脂材料14を塗布する方法や、ディスペンサーにより区画凹部H1及びその近傍のみに局所的に樹脂材料14を塗布する方法、また、区画凹部H1の平面視形状に合わせてパターニングされた樹脂材料14を印刷する方法が挙げられる。
Then, as shown in FIG. 3, a flexible part forming step is performed in which a resin material is deposited on the lower surface 12 d of the semiconductor layer 12 forming the partitioning recess H <b> 1 to form the adjustment layer 13 made of the resin material 14.
In this step, first, the resin material 14 is applied from the lower surface 11d side of the base wafer 11 to enter the partition recess H1. As a specific application method of the resin material 14, for example, a method of applying the resin material 14 over the entire lower surface 11d of the base wafer 11 and the lower surface 12d of the semiconductor layer 12 such as spin coating, dip coating, spray coating, or the like. And a method of locally applying the resin material 14 only to the partition recess H1 and its vicinity by a dispenser, and a method of printing the resin material 14 patterned in accordance with the planar view shape of the partition recess H1.

次いで、ベースウエハ11の下面11dに残存する樹脂材料14をスクイーズや研磨、ドライエッチング等の方法により除去する。なお、樹脂材料14が感光性樹脂である場合には、露光現像によりベースウエハ11の下面11dに残存する樹脂材料を除去することもできる。
その後、真空脱泡により区画凹部H1内の樹脂材料14中に含まれる気泡を除去し、さらに、この樹脂材料14を硬化させることで図1に示す調整層13が形成される。なお、この際には、樹脂材料14を200℃〜400℃の間で硬化させることで、区画凹部H1内に形成される調整層13の先端面13dの平坦化を図ることができる。
Next, the resin material 14 remaining on the lower surface 11d of the base wafer 11 is removed by a method such as squeeze, polishing, or dry etching. When the resin material 14 is a photosensitive resin, the resin material remaining on the lower surface 11d of the base wafer 11 can be removed by exposure and development.
Thereafter, the bubbles contained in the resin material 14 in the partition recess H1 are removed by vacuum degassing, and the resin material 14 is cured to form the adjustment layer 13 shown in FIG. In this case, the tip surface 13d of the adjustment layer 13 formed in the partition recess H1 can be flattened by curing the resin material 14 between 200 ° C. and 400 ° C.

そして、この可撓部形成工程の終了後に、ダイシング等の後工程を実施することで、図1に示す半導体センサ1の製造が完了する。
なお、前述した可撓部形成工程は、上述したようにウエハレベルで実施することが好ましいが、例えばダイシングして個片化された半導体センサ1の状態で実施しても構わない。また、個片化された半導体センサ1の状態で可撓部形成工程を実施する場合には、ディスペンサーを用いて樹脂材料14を塗布することが好ましい。
And after completion | finish of this flexible part formation process, the manufacture of the semiconductor sensor 1 shown in FIG. 1 is completed by implementing post-processes, such as dicing.
The above-described flexible portion forming step is preferably performed at the wafer level as described above, but may be performed in the state of the semiconductor sensor 1 diced into individual pieces, for example. Moreover, when implementing a flexible part formation process in the state of the semiconductor sensor 1 separated into pieces, it is preferable to apply | coat the resin material 14 using a dispenser.

上記半導体センサ1によれば、その厚みを変えることなく、可撓部Fの強度や柔軟性を容易に調整することができる。すなわち、支持部Sや錘部Mも構成する半導体層12の厚さを変えることなく、調整層13の厚さ寸法を変化させるだけで、可撓部Fの強度や柔軟性を容易に調整することができる。また、固有振動数やQ値等の可撓部Fの振動特性を簡単に所望の値に調整することができる。
さらに、可撓部Fをなす調整層13は、支持部Sをなす枠体部11Aや錘部Mをなす凸部11Bと共に半導体層12の同一の下面12dに形成されているため、調整層13を追加しても半導体センサ1の厚みが増加することを防止して、半導体センサ1の薄型化を図ることができる。
According to the semiconductor sensor 1, the strength and flexibility of the flexible portion F can be easily adjusted without changing the thickness. That is, the strength and flexibility of the flexible portion F can be easily adjusted simply by changing the thickness dimension of the adjustment layer 13 without changing the thickness of the semiconductor layer 12 that also constitutes the support portion S and the weight portion M. be able to. Further, the vibration characteristics of the flexible portion F such as the natural frequency and the Q value can be easily adjusted to desired values.
Furthermore, the adjustment layer 13 that forms the flexible portion F is formed on the same lower surface 12d of the semiconductor layer 12 together with the frame body portion 11A that forms the support portion S and the convex portion 11B that forms the weight portion M. Even if is added, the thickness of the semiconductor sensor 1 can be prevented from increasing and the semiconductor sensor 1 can be made thinner.

以上のことから、多数の半導体センサ1を製造する際に半導体層12の厚さ寸法にばらつきがあっても、多数の半導体センサ1における可撓部Fの振動特性を容易に揃えることができ、その結果として、半導体センサ1の歩留まり向上を図ることができる。
また、半導体センサ1の開発に際しては、同一種類のSOIウエハ10を用いて、多種類の可撓部Fの振動特性を有する半導体センサの試作品を製造できるため、開発効率の向上も図ることができる。
さらに、調整層13の厚みを変化させても、半導体センサ1の厚さ寸法の変化を防止できるため、半導体センサ1の各種電子機器への組み込みも容易に行うことができる。
From the above, even when there are variations in the thickness dimension of the semiconductor layer 12 when manufacturing a large number of semiconductor sensors 1, the vibration characteristics of the flexible portions F in the large number of semiconductor sensors 1 can be easily aligned. As a result, the yield of the semiconductor sensor 1 can be improved.
Further, when developing the semiconductor sensor 1, it is possible to manufacture prototypes of semiconductor sensors having vibration characteristics of various types of flexible portions F using the same type of SOI wafer 10, so that development efficiency can be improved. it can.
Furthermore, since the thickness dimension of the semiconductor sensor 1 can be prevented from changing even when the thickness of the adjustment layer 13 is changed, the semiconductor sensor 1 can be easily incorporated into various electronic devices.

なお、上記実施形態において、調整層13は、SOIウエハ10と異なる1種類の樹脂材料によって形成されるとしたが、例えば図4に示すように、相互に弾性係数の異なる複数の樹脂材料からなる複数の異種材料層21,23によって構成されてもよい。すなわち、可撓部Fをなす半導体層12の下面12dには、複数の異種材料層21,23を積層してもよい。そして、複数の異種材料層21,23を形成する際には、上記実施形態において示した可撓部形成工程を異種材料層21,23ごとに実施すればよい。
この構成の場合には、異種材料層21,23の積層数や各異種材料層21,23の厚さ寸法を変化させることで、可撓部Fの固有振動数やQ値を高い精度で調整することが可能となる。
In the above embodiment, the adjustment layer 13 is formed of one type of resin material different from that of the SOI wafer 10. However, for example, as shown in FIG. 4, the adjustment layer 13 is made of a plurality of resin materials having mutually different elastic coefficients. A plurality of different material layers 21 and 23 may be used. That is, a plurality of different material layers 21 and 23 may be laminated on the lower surface 12d of the semiconductor layer 12 forming the flexible portion F. And when forming the several different material layers 21 and 23, what is necessary is just to implement the flexible part formation process shown in the said embodiment for every different material layers 21 and 23. FIG.
In this configuration, the natural frequency and Q value of the flexible portion F can be adjusted with high accuracy by changing the number of layers of the different material layers 21 and 23 and the thickness of each of the different material layers 21 and 23. It becomes possible to do.

また、半導体センサ1の製造方法においては、可撓部形成工程後に、調整層13の厚さ寸法を変化させる調整工程を実施してもよい。この調整工程は、調整層13をその先端面13d側からエッチングしてその厚みを減少させる可撓部エッチング工程、及び、樹脂材料を追加して調整層13の厚みを増加させる追加堆積工程のいずれか一方、あるいは両方を備えていてもよい。
可撓部エッチング工程の具体例としては、例えばOドライアッシング等のドライエッチングが挙げられる。また、追加堆積工程は、上記実施形態の可撓部形成工程と同様に行えばよい。さらに、追加堆積工程において追加塗布する樹脂材料は、可撓部形成工程において塗布した樹脂材料と同一種類であってもよいし、異なる種類であってもよい。
Moreover, in the manufacturing method of the semiconductor sensor 1, you may implement the adjustment process which changes the thickness dimension of the adjustment layer 13 after a flexible part formation process. This adjustment process includes either a flexible part etching process in which the adjustment layer 13 is etched from the tip end surface 13d side to reduce the thickness thereof, or an additional deposition process in which a resin material is added to increase the thickness of the adjustment layer 13. Either or both may be provided.
Specific examples of the flexible part etching step include dry etching such as O 2 dry ashing. Further, the additional deposition step may be performed in the same manner as the flexible portion forming step of the above embodiment. Further, the resin material to be additionally applied in the additional deposition step may be the same type as the resin material applied in the flexible portion forming step, or may be a different type.

上記調整工程を実施することで、可撓部Fの振動特性をさらに高精度に調整することが可能となる。
すなわち、可撓部形成工程を経た半導体センサ1に対して、可撓部Fの振動特性を測定する測定工程を実施する。この際、測定された可撓部Fの固有振動数やQ値が所望の値を示していない場合に、上述した調整工程を実施することで可撓部Fの固有振動数やQ値を所望の値に一致させたり近づけることができる。
なお、これら測定工程及び調整工程は、1回のみ実施してもよいし、複数回繰り返して実施してもよい。また、これら測定工程や調整工程は、少なくとも可撓部形成工程後に実施されればよく、ダイシング等の後工程の前後のいずれでも実施することが可能である。すなわち、測定工程や調整工程は、ウエハレベルで実施してもよいし、ダイシングして個片化された半導体センサ1の状態で実施しても構わない。
By performing the adjustment process, the vibration characteristics of the flexible portion F can be adjusted with higher accuracy.
That is, a measurement process for measuring the vibration characteristics of the flexible part F is performed on the semiconductor sensor 1 that has undergone the flexible part forming process. At this time, when the measured natural frequency or Q value of the flexible part F does not indicate a desired value, the natural frequency or Q value of the flexible part F is desired by performing the adjustment process described above. Can be matched to or close to the value of.
In addition, these measurement processes and adjustment processes may be implemented only once, or may be repeated a plurality of times. Moreover, these measurement processes and adjustment processes should just be implemented at least after a flexible part formation process, and can be implemented before and after post-processes, such as dicing. That is, the measurement process and the adjustment process may be performed at the wafer level, or may be performed in the state of the semiconductor sensor 1 diced into individual pieces.

また、調整層13やこれを構成する複数の異種材料層21,23は、樹脂材料によって形成されることに限らず、少なくとも可撓性を有する可撓部Fとして機能するように、SOIウエハ10と異なる種類の異種材料によって形成されていればよい。
さらに、可撓部Fは、半導体層12及びこれに積層された調整層13によって構成されるとしたが、例えば半導体層12、酸化層112及びこれに積層された調整層13によって構成されてもよい。この場合には、ベースウエハ11のうち単結晶シリコン層111のみが、支持部Sの枠体部11Aや、錘部Mの凸部11Bを構成することになる。
In addition, the adjustment layer 13 and the plurality of different material layers 21 and 23 constituting the adjustment layer 13 are not limited to being formed of a resin material, and the SOI wafer 10 may function as at least a flexible portion F having flexibility. As long as it is made of a different kind of material.
Furthermore, although the flexible part F was comprised with the semiconductor layer 12 and the adjustment layer 13 laminated | stacked on this, for example, it may be comprised with the semiconductor layer 12, the oxide layer 112, and the adjustment layer 13 laminated | stacked on this. Good. In this case, only the single crystal silicon layer 111 of the base wafer 11 constitutes the frame body portion 11A of the support portion S and the convex portion 11B of the weight portion M.

また、半導体センサ1は支持部Sを備えるとしたが、少なくとも錘部M及び可撓部Fを備えていればよい。
さらに、本発明は、加速度センサに限らず、角速度センサ、圧力センサ、振動センサ、マイクロフォン等の半導体センサにも広く適用することができる。
Moreover, although the semiconductor sensor 1 was provided with the support part S, it should just be provided with the weight part M and the flexible part F at least.
Furthermore, the present invention can be widely applied not only to acceleration sensors but also to semiconductor sensors such as angular velocity sensors, pressure sensors, vibration sensors, and microphones.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.

この発明の一実施形態に係る半導体センサを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the semiconductor sensor which concerns on one Embodiment of this invention. 図1の半導体センサの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor sensor of FIG. 図1の半導体センサの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor sensor of FIG. この発明の他の実施形態に係る半導体センサを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the semiconductor sensor which concerns on other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体センサ、10…SOIウエハ(シリコンバルク)、11…ベースウエハ、11A…枠体部、11B…凸部、12…半導体層(薄肉部)、12d…下面(主面)、13…調整層、21,23…異種材料層、121…ピエゾ抵抗部(検出手段)、F…可撓部、M…錘部、S…支持部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor sensor, 10 ... SOI wafer (silicon bulk), 11 ... Base wafer, 11A ... Frame part, 11B ... Convex part, 12 ... Semiconductor layer (thin part), 12d ... Lower surface (main surface), 13 ... Adjustment Layers, 21, 23 ... dissimilar material layers, 121 ... piezoresistive part (detecting means), F ... flexible part, M ... weight part, S ... support part

Claims (3)

一部が可撓性を有する可撓部として構成される薄肉部と、前記薄肉部の主面から突出して前記薄肉部と共に錘部を構成する厚肉の凸部と、前記錘部の移動に伴う前記可撓部の変形又は変位を検出する検出手段とを備え、
前記凸部に隣り合う前記薄肉部の主面に、前記薄肉部及び前記凸部と異なる種類の異種材料からなる調整層が形成され、
積層された前記薄肉部及び前記調整層により前記可撓部が構成されていることを特徴とする半導体センサ。
For the movement of the thin portion, a thin portion that is partly configured as a flexible portion, a thick convex portion that protrudes from the main surface of the thin portion and forms the weight portion together with the thin portion, and the weight portion Detecting means for detecting deformation or displacement of the flexible part,
An adjustment layer made of a different kind of material from the thin-walled portion and the convex portion is formed on the main surface of the thin-walled portion adjacent to the convex portion,
The semiconductor sensor, wherein the flexible portion is constituted by the thin-walled portion and the adjustment layer that are stacked.
前記調整層が、相互に弾性係数の異なる複数の前記異種材料からなる複数の異種材料層によって構成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体センサ。   The semiconductor sensor according to claim 1, wherein the adjustment layer includes a plurality of different material layers made of a plurality of the different materials having mutually different elastic coefficients. シリコンバルクの異方性エッチングにより、薄肉部の主面から突出する厚肉の凸部を形成して、前記薄肉部及びこれに積層された前記凸部により錘部を構成すると共に、前記凸部に隣り合う前記薄肉部により可撓性を有する可撓部の一部を構成するセンサ形成工程と、
前記凸部に隣り合う前記薄肉部の主面に、前記シリコンバルクと異なる種類の異種材料を堆積してなる調整層を形成することで、前記薄肉部及びこれに積層された前記調整層により前記可撓部を構成する可撓部形成工程と、を備えることを特徴とする半導体センサの製造方法。
A thick convex portion protruding from the main surface of the thin portion is formed by anisotropic etching of the silicon bulk, and a weight portion is constituted by the thin portion and the convex portion laminated thereon, and the convex portion Forming a part of a flexible part having flexibility by the thin-walled part adjacent to
By forming an adjustment layer formed by depositing a different kind of material different from the silicon bulk on the main surface of the thin portion adjacent to the convex portion, the thin portion and the adjustment layer stacked on the thin portion are used to form the adjustment layer. A method for manufacturing a semiconductor sensor, comprising: a flexible part forming step of forming a flexible part.
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